CN109797588A - 用于橡胶强化的钢帘线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种钢帘线。钢帘线包括：芯层和鞘层，芯层包括数目为n的多个芯丝，并且鞘层包括数目为m的多个鞘丝，并且钢帘线具有包括长轴和短轴的扁平横截面，扁平横截面的扁平比为长轴长度与短轴长度之比，扁平比大于1.2，钢帘线的断裂负荷为BL帘线，当芯丝和鞘丝从钢帘线上解缆时，芯丝和鞘丝的总断裂负荷为总BL丝，BL帘线和总BL丝满足以下公式：BL帘线/总BL丝>96％。钢帘线具有较大断裂负荷。

Description

用于橡胶强化的钢帘线
技术领域
本发明涉及一种用于橡胶强化的钢帘线。本发明还涉及包括该钢帘线的橡胶制品。
背景技术
由于可以节约能源并进而减少对环境的污染，轻量级轮胎越来越流行。有几种方法可以获得轻量级轮胎，例如，应用高强度帘线以减少轮胎中钢帘线的总量，进而减轻轮胎的重量，或者应用扁平帘线以减小带束层的厚度，进而减轻轮胎的重量。
对于扁平帘线在轮胎中的应用，有很多扁平帘线的制造方案。
EP2689939公开了一种具有2+n结构的钢帘线，其中两个芯丝彼此接触，并且n个鞘丝与两个芯丝绞捻，并且芯丝的直径大于鞘丝的直径。
JP2007063706公开了一种具有2+n结构的钢帘线，n为1至3，其中两个芯丝彼此接触，并且n个鞘丝与两个芯丝绞捻。
US6748731公开了一种具有m+n结构的钢帘线，其中芯丝以并排构造布置，并且芯丝之间不形成空隙。
对于上述钢帘线，它们被分两步制成。芯丝被平行布置，并且继而将外丝与芯丝绞捻。这是一种扁平帘线。
替代地，另一种扁平帘线可以是紧凑扁平帘线。
US5609014公开了一种具有1×9结构的钢帘线，包括三个芯丝和六个外丝。芯丝和外丝沿相同方向以相同捻距绞捻。50N负荷下的伸长率(PLE)为0.09％至0.125％，并且由较长直径与较短直径之比限定的帘线的扁平度为1.05至1.20。由于PLE较低，钢帘线的橡胶渗透不充分。并且扁平比较小，并且这使得带厚度的减小受到限制。
需要一种具有更佳性能的新型扁平帘线。
发明内容
本发明旨在提供一种具有更佳性能的新型钢帘线。
本发明的另一目的在于提供一种用于制造具有更佳性能的钢帘线的方法。
本发明的又一目的在于提供一种由具有更佳性能的钢帘线强化的橡胶制品。
根据本发明的一个目的，提供一种钢帘线，该钢帘线包括芯层和鞘层，芯层包括数目为n的多个芯丝，并且鞘层包括数目为m的多个鞘丝，钢帘线具有包括长轴和短轴的扁平横截面，扁平横截面具有扁平比，该扁平比为长轴长度与短轴长度之比，扁平比大于1.2，钢帘线的断裂负荷为BL帘线，当芯丝和鞘丝从钢帘线上解缆时，芯丝和鞘丝的总断裂负荷为总BL丝，BL帘线和总BL丝满足以下公式：BL帘线/总BL丝>96％。
钢帘线的长轴长度和短轴长度用千分尺测量。
本发明的钢帘线具有改进的断裂负荷。“BL帘线/总BL丝>96％”是指芯层和鞘层具有更好的长度匹配，因此，当受到外力时，外力更均匀地分布在芯层和鞘层之间，从而使钢帘线具有改进的断裂负荷。这是发明人的发现。
当扁平钢帘线通过使圆钢帘线扁平化而被制造时，圆钢帘线在被扁平化之前具有良好的芯层和鞘层的长度匹配，即BL帘线/总BL丝约为100％。然而，扁平化过程，扁平钢帘线的芯层和鞘层的长度匹配较差，其BL帘线/总BL丝大大减小，这意味着扁平钢帘线的芯层和鞘层在长度匹配方面表现不佳，当受到来自外界的力时，外力不能很好地均匀分布在芯层和鞘层之间，这导致一层(芯层或鞘层)比另一层更早断裂的风险，并且这使得钢帘线的断裂负荷低于预期。如果芯层和鞘层同时断裂，则达到理想的长度匹配。长度匹配方面的改进是减小芯层和鞘层的断裂时间差。本发明解决了这一问题，并且提供一种扁平钢帘线，其在芯层和鞘层的长度匹配方面具有更加性能，并且具有改进的断裂负荷。
优选地，BL帘线和总BL丝满足以下公式：BL帘线/总BL丝>97％。这引起更高的钢帘线断裂负荷。
根据本发明，在如夹具长度为250mm以及测试速度为100mm/min的一些特定设置下，钢帘线断裂负荷根据GBT33159-2016标准中提到的方法测量，单个钢丝的断裂负荷根据ISO6892-1：2009标准中提到的原理测量。
优选地，钢帘线的扁平比小于1.8。更优选地，钢帘线的扁平比为从1.25至1.50。钢帘线已经经过扁平化过程，以实现高扁平比。
钢帘线本身为具有扁平横截面的扁平帘线。当芯丝的数目大于2(例如3)时，钢帘线的芯丝形成具有长轴和短轴的扁平形状，用光学显微镜测量的长轴和短轴之比大于1.2，并且长轴和短轴是在不将鞘丝从钢帘线上解缆的情况下在钢帘线的芯层上测量，芯层或芯丝的长轴平行于扁平帘线的扁平横截面的长轴，并且芯层或芯丝的短轴平行于扁平帘线的扁平横截面的短轴。芯层的具有这种扁平比的扁平形状可以确保芯丝内部的完全橡胶渗透，因此，由芯丝腐蚀引起的钢帘线的失效被显著减少。此外，芯层的扁平比确保钢帘线的稳定扁平形状。
当芯丝的数目为2并且通过检测钢帘线的横截面，检测到芯丝的排列垂直于钢帘线的长轴时，沿钢帘线的长度，至少一个芯丝与鞘丝中的一个鞘丝接触的现象并非一直存在。
优选地，n为从2至3，并且m为从6至12。可能的结构为2+6、2+7、2+8、3+6、3+7、3+8、3+9、3+10、3+11、3+12、2+6、2/7、2/8、3/6、3/7、3/8、3/9、3/10、3/11、3/12。“n+m”表示芯丝具有大于300mm的捻距，n/m表示芯丝的捻距和捻向与鞘丝相同。
优选地，芯丝具有小于30mm的捻距或具有大于300mm的捻距。
在优选解决方案中，芯丝具有小于30mm的捻距，并且鞘丝具有与芯丝相同的捻距和捻向。芯丝和鞘丝具有相同的捻距，这意味着钢帘线通过一步绞捻制成，并且这使得钢帘线紧凑。对于现有的紧凑型钢帘线来说，PLE通常会由于其紧凑构造而过低而无法实现完全橡胶渗透性能。本发明的紧凑型钢帘线具有高PLE，由于其长度匹配调节，这确保了紧凑钢帘线具有完全橡胶渗透性能。优选地，在预负荷为2.5N、负荷为50N的情况下，这种钢帘线具有大于0.125％的伸长率。更优选地，在预负荷为2.5N、负荷为50N的情况下，这种钢帘线具有从0.15％至0.3％的伸长率。这可以确保钢帘线的完全橡胶渗透，从而改善钢帘线的耐腐蚀性，并且提高钢帘线的寿命。
作为另一优选解决方案，芯丝具有大于300mm的捻距，并且鞘丝具有小于30mm的捻距。优选地，在预负荷为2.5N、负荷为50N的情况下，这种钢帘线具有从0.03％至0.1％的伸长率。
根据本发明，“预负荷为2.5N、负荷为50N下的伸长率”用螺旋作用颚式测量并用百分比表示，并且其为2.5N至50N÷样本标距长度×100之间的延长率。
根据本发明的第二目的，提供一种用于制造钢帘线的方法，该方法包括以下步骤：
a.提供芯丝和鞘丝；
b.将鞘丝围绕芯丝绞捻，从而形成具有大致圆形横截面的钢丝股；
c.相继使用两个反向滑轮，以用于改善芯层和鞘层的长度匹配；
d.用辊式矫直机使钢丝股扁平化，以形成具有扁平横截面的钢帘线。
在通过上述方法制造的钢帘线中，尤其是通过在步骤c中使用两个反向滑轮，芯层和鞘层之间具有更好的长度匹配，并且这使得钢帘线具有更高的断裂负荷。反向滑轮是在其圆形侧面上具有槽的滑轮，并且槽具有U形形状。在通过滑轮时，钢丝股在槽内旋转，并且当钢丝股离开滑轮时，这引起钢丝股上的捻入和捻出操作。通过这么做，芯层和鞘层的长度匹配被显著改善，并且钢帘线的断裂负荷被显著提高。当钢丝股被引导经过滑轮时，滑轮的U形槽使得钢丝股旋转，以由此改善芯层和鞘层的长度匹配。当然，槽可以是具有相同功能以使钢丝股旋转的其它形状。
优选地，钢帘线通过一步绞捻制成，例如芯丝通过在一步聚束过程中围绕芯丝鞘丝绞捻鞘丝制成，因此，芯丝和鞘丝具有相同捻距和相同捻向。作为替代方案，钢帘线通过首先绞捻芯丝，并且然后围绕芯丝绞捻鞘丝并且同时解缆芯丝而被制成，因此，芯丝具有大于300mm的捻距。
钢帘线被用于强化包括橡胶轮胎、橡胶带或软管的橡胶制品。
根据本发明的第三目的，提供一种轮胎，该轮胎包括带束层、胎体层、胎面层和一对胎圈部，带束层嵌有钢帘线，钢帘线包括：芯层和鞘层，芯层包括数目为n的多个芯丝，并且鞘层包括数目为m的多个鞘丝，钢帘线具有包括长轴和短轴的扁平横截面，扁平横截面具有扁平比，扁平比为长轴长度与短轴长度之比，扁平比大于1.2，钢帘线的断裂负荷为BL帘线，当芯丝和鞘丝从钢帘线上解缆时，芯丝和鞘丝的总断裂负荷为总BL线，BL帘线和总BL丝满足以下公式：BL帘线/总BL丝>96％。
根据本发明的轮胎具有更长寿命。
附图说明
图1示出具有3/7紧凑帘线结构的本发明钢帘线。
图2示出具有3/6紧凑帘线结构的本发明钢帘线。
图3示出具有3+7帘线结构的本发明钢帘线。
具体实施方式
用于钢帘线的芯丝和鞘丝由盘条制成。
首先通过机械除鳞和/或在H2SO4或HCl溶液中进行化学酸洗来清理盘条，以便去除表面上存在的氧化物。然后将盘条在水中冲洗并干燥。干燥后的盘条继而被进行第一系列的干拉操作，以便将直径减小至第一中间直径。
在第一中间直径d1(例如约3.0mm至3.5mm)下，经干拉的钢丝经过被称为铅淬火的第一次中间热处理。铅淬火意味着首先奥氏体化至约1000℃的温度，然后在约600℃至650℃的温度下从奥氏体相转变为珠光体相。钢丝继而准备好进一步的机械变形。
之后，在第二数目的直径减小步骤中，钢丝被从第一中间直径d1进一步干拉，直至第二中间直径d2。第二直径d2通常在1.0mm至2.5mm的范围内。
在第二中间直径d2下，对钢丝进行第二次铅淬火处理，即在约1000℃的温度下再次奥氏体化，并且然后在600℃至650℃的温度下淬火以允许转变为珠光体。
如果第一干拉和第二干拉的步骤的总减少量不是太大，可以对盘条进行直接拉拔操作至直径d2。
在该第二次铅淬火处理完成后，钢丝通常被设置有黄铜涂层：在钢丝上镀铜并在铜上镀锌。施加热扩散处理以形成黄铜涂层。替代地，钢丝可以被设置有包括铜、锌和钴、钛、镍、铁或其它已知金属的第三合金的三重合金涂层。
经黄铜涂覆的钢丝继而通过湿拉机进行最终系列的横截面减小。最终产品是钢丝，该钢丝的碳含量高于0.60重量百分比，例如高于0.70重量百分比、或高于0.80重量百分比、或甚至高于0.90重量百分比，该钢丝的拉伸强度通常高于2000MPa，例如高于3800-2000d Mpa、或高于4100-2000d MPa或高于4400-2000d MPa(d是最终钢丝的直径)，并且该钢丝适用于强化弹性体产品。
适于强化轮胎的钢丝通常具有从0.05mm至0.60mm的最终直径，例如，从0.10mm至0.40mm。丝直径的示例为0.10mm、0.12mm、0.15mm、0.175mm、0.18mm、0.20mm、0.22mm、0.245mm、0.28mm、0.30mm、0.32mm、0.35mm、0.38mm、0.40mm。
在芯丝和鞘丝制备完成后，使芯丝和鞘丝经过绞捻过程，将鞘丝围绕芯丝绞捻以形成具有大致圆形横截面的钢丝股。对于n+m构造，首先将芯丝绞捻，并且继而解缆，以使捻距大于300mm。对于n/m构造，芯丝随鞘丝以相同的捻向和相同的捻距一步绞捻，以具有小于30mm的捻距。
之后，两个反向滑轮相继用于使芯层的长度和鞘层的长度更好地匹配。
最后，用辊式矫直机使钢丝股扁平化，以形成具有扁平横截面的钢帘线。
图1示出本发明的第一实施例。钢帘线100具有3/7结构。钢帘线100具有三个芯丝105和七个鞘丝110。芯丝105具有0.20mm的直径，而鞘丝110具有0.32mm的直径。钢帘线100在预负荷为2.5N、负荷为50N的情况下具有0.361％的伸长率。钢帘线100的扁平比为1.52，并且BL帘线/总BL丝为100.6％，总BL丝在芯丝和从芯丝上解缆的鞘丝上测量。芯丝105和鞘丝110具有相同的16mm的捻距。
第二实施例也是3/7帘线。芯丝具有0.20mm的直径，而鞘丝具有0.32mm的直径。钢帘线在预负荷为2.5N、负荷为50N的情况下具有0.236％的伸长率。钢帘线100的扁平比为1.53，并且BL帘线/总BL丝为101.7％，总BL丝在芯丝和从芯丝上解缆的鞘丝上测量。芯丝105和鞘丝110具有相同的18mm的捻距。
图3示出本发明的第三实施例。第三实施例是3+7。钢帘线300具有三个芯丝305和七个鞘丝310。芯丝305具有0.20mm的直径，而鞘丝310具有0.32mm的直径。钢帘线300在预负荷为2.5N、负荷为50N的情况下具有0.06％的伸长率。钢帘线300的扁平比为1.37，BL帘线/总BL丝为98.3％，BL帘线为2256N。芯丝305具有大于300mm的捻距，而鞘丝310具有16mm的捻距。
进行了比较测试。表1示出测试结果。
表1
从表中可以看出，本发明钢帘线与参考帘线之间的芯丝和鞘丝的总BL具有相似的值，但是，本发明钢帘线的断裂负荷远高于参考帘线的断裂负荷。这证明芯层和鞘层之间改进的长度匹配在提高扁平帘线的断裂负荷方面具有关键作用。
图2示出本发明的第四实施例。第四实施例是3/6。钢帘线200具有三个芯丝205和六个鞘丝210。芯丝205具有0.20mm的直径，而鞘丝210具有0.30mm的直径。钢帘线200在负荷为50N的情况下具有0.220％的伸长率。钢帘线200的扁平比为1.44，并且BL帘线/总BL丝为99.9％，BL帘线为1921N。芯丝205和鞘丝210具有相同的16mm的捻距。

Claims (10)

1.一种钢帘线，包括：芯层和鞘层，所述芯层包括数目为n的多个芯丝，并且所述鞘层包括数目为m的多个鞘丝，所述钢帘线具有包括长轴和短轴的扁平横截面，所述扁平横截面具有扁平比，所述扁平比是所述长轴的长度与所述短轴的长度之比，所述扁平比大于1.2，所述钢帘线的断裂负荷为BL帘线，当所述芯丝和所述鞘丝从所述钢帘线上解缆时，所述芯丝和所述鞘丝的总断裂负荷为总BL丝，其特征在于，所述BL帘线和所述总BL丝满足以下公式：BL帘线/总BL丝>96％。
2.根据权利要求1所述的钢帘线，其特征在于，所述BL帘线和所述总BL丝满足以下公式：BL帘线/总BL丝>97％。
3.根据权利要求1或2所述的钢帘线，其特征在于，所述钢帘线的扁平比小于1.8。
4.根据权利要求3所述的钢帘线，其特征在于，所述钢帘线的扁平比的范围为从1.25至1.50。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的钢帘线，其特征在于，所述多个芯丝具有大于300mm的捻距，所述多个鞘丝具有小于30mm的捻距。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的钢帘线，其特征在于，所述多个芯丝和所述多个鞘丝具有相同捻距和相同的捻向。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的钢帘线，其特征在于，所述n的范围为从2至3，所述m的范围为从6至12。
8.一种用于制造根据权利要求1-7中任一项所述的钢帘线的方法，包括以下步骤：
a.提供芯丝和鞘丝；
b.将所述鞘丝围绕所述芯丝绞捻，从而形成具有大致圆形横截面的钢丝股；
c.相继使用两个反向滑轮，以用于改善所述芯层和所述鞘层的长度匹配；
d.用辊式矫直机使所述钢丝股扁平化，以形成具有扁平横截面的所述钢帘线。
9.一种根据权利要求1-7中任一项所述的钢帘线用于强化橡胶制品的用途。
10.一种轮胎，包括带束层、胎体层、胎面层和一对胎圈部，其特征在于，所述带束层嵌有根据权利要求1-7中任一项所述的钢帘线。
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